利用粉煤灰合成沸石及其去除水中重金属的实验研究

在水热条件下直接对粉煤灰进行晶化, 合成反应结束后得到的产物有NaP1沸石、方沸石、菱沸石三种沸石. 粉煤灰转化为单种沸石的最大转化率为40% ~ 75%左右, 总转化率达60% ~ 80%左右. 实验结果表明, 合成体系中的涡流、粘度以及温度、时间、NaOH浓度等参数对合成沸石品种及转化率影响较大. 利用合成沸石去除水中Cu²⁺, Pb²⁺和Cd²⁺分批实验表明, 合成沸石对重金属的吸附容量比粉煤灰的高.     

深圳市东湖矿泉水形成机理探讨

深圳市东湖矿泉水是自然界十分稀少的锶—锌—偏硅酸碳酸复合型矿泉水，通过对矿泉水赋存地的地质与水文地质条件的分析，并结合其水文地球化学特征，认为东湖矿泉水形成的主要控制性因素是构造作用和变质作用；在特定的水文地质条件下，深部碳酸盐类岩石受热硅化变质而产生大量CO2气体，使得各种化学元素在含有大量CO2的地下水的溶滤作用下不断迁移和富集而形成该区地下水中良好的元素组合。在其特征成分中，偏硅酸来自裂隙渗透水的溶滤和岩浆期后热液水的作用，微量元素锶主要来源于钾长石、钙长石，锌则主要来自岩浆活动以及岩脉中的黑云母、角闪石、辉石等铁镁硅酸盐矿物；并认为目前矿泉水含水层仍处于良好的地质环境保护下。     

水文地球化学信息对岩溶地下水流动系统特征的指示意义--以山西神头泉域为例

神头泉域岩溶水的水化学特征显示,岩溶水样的总溶解固体质量浓度、Sr2 质量浓度及宏量组分质量浓度均由泉域北、西、南部向排泄区增大,与岩溶水的流动方向一致.根据c(Sr)/c(Ca)与总溶解固体质量浓度可将神头泉群划分为3个泉组,对应于3个不同的岩溶水子系统,岩溶水样的聚类分析结果与这一结论相符合.研究表明水文地球化学信息对地下水系统的水动力特征分析具有指示意义.     

大同盆地地下水砷异常及其成因研究

大同盆地是中国典型的原生高砷地下水分布区。笔者对大同盆地高砷地下水的分布特征、水化学演化过程、砷的来源以及控制高砷地下水形成的地球化学过程等近期研究成果进行了总结。盆地周边石炭—二叠纪煤系地层是盆地高砷环境的主要原生物源,含水层系统中铁磁性矿物为砷的主要载体,盆地内富含有机质的湖相沉积物是次生富砷介质。在盆地中心,地下水径流受阻,蒸发成为主要的排泄方式,浓缩作用使得地下水中TDS含量增大。在富含有机质的地层中,有机质在细菌或微生物作用下不断发生分解,使得地下水环境呈还原性。在高pH、低Eh条件下,由于铁锰氧化物或氢氧化物等水合物或粘土矿物对砷的吸附性降低,一部分被吸附的砷从这些矿物表面解吸;同时部分铁锰氧化物可被还原为低价态可溶性铁锰,从而使与其结合的砷也得以释放进入地下水中。在还原条件下,水中的SO24-和有机碳可被还原成H2S和CH4等低价态化合物,尽管生成的硫化物达到一定浓度时可与水中的亚铁离子和砷反应生成FeAsS沉淀,降低了地下水中砷含量,但由于地下水中Fe和硫酸盐含量有限,Fe普遍含量较低,硫酸盐耗尽后,CH4生成细菌就会成为主导力量,砷就会继续在地下水中积聚。此外,由于pH的升高,还可引起其他不同的酸根离子的解吸,如磷酸根、钒酸根、铀酰和钼酸根等也趋向于在溶液中积累,这些被吸附的阴离子以竞争吸附方式,进一步促进砷的解吸。     

“水文地球化学研究进展”主题专辑目次

这本专辑由沈照理教授（1932—2020）的生前挚友、学生以及学生的学生共同发起,以纪念他90周年诞辰。1952年中国地质大学建校伊始,沈照理教授即来校任教,并一直奋战在教学、科研第一线。他曾任国务院学位委员会地质工科和环境科学与工程学科评议组成员、中国地质学会水文地质专业委员会副主任委员、环境地质专业委员会副主任委员、地质矿产部教育司主管的水文地质课程指导委员会副主任委员。他作为中国水文地球化学的主要奠基人之一,构建了学科体系的基本框架,出版了《水文地球化学》基础教材,前瞻性地对地下水污染、地质环境与人体健康、矿泉水和古水文地质等方面的实际应用问题进行了探索。从20世纪80年代开始带领我国学者参与水岩相互作用系列国际学术会议和相关领域科学研究,在2004年国际水岩相互作用会议上获得“中国水岩相互作用之父”称号。 沈照理教授的学术成就主要体现在以下四个方面：（1）在我国率先开展地下水中氮污染及氮循环机理方面的系统研究,对地下水中氮元素的归宿有了较为全面的认识;（2）倡导和推动我国水岩相互作用研究,提出在水岩相互作用研究中应关注环境问题,使水岩相互作用研究获得了更广阔、更持续的发展空间;（3）建立了古水文地质条件的分析方法,阐明了在不同古水文地质条件下地下水在金属成矿、油气成藏中的作用;（4）较早开展了地下水污染的调查、监测、评价和修复方面的研究,为我国地下水污染的研究起到了示范和推动作用。这些成就为近年来我国水文地球化学领域的人才培养和科技创新奠定了坚实基础,根深叶茂,桃李芬芳。可以告慰沈照理教授的是：他开辟或倡导的学术方向已经并将继续取得长足进步,从本专辑收录的论文,即可部分地看到这些进步。 本专辑共分为三个专题。其中“水文地球化学进展”专题共7篇论文,该专题在继承沈照理教授水文地球化学研究的基础上,研究领域向岩溶关键带、地下水地表水界面和地球深部等领域进行了拓展。专题以《高碘地下水成因与分布规律研究》一文为开篇,系统总结了不同的环境水文地质条件下高碘地下水成因模式,利用大数据模型预测了全国高碘地下水赋存情况,开展了地下水系统中有机碘形态定量表征、碘的水文地球化学行为微观机理识别和迁移活化过程定量模拟研究,为供水水质安全和预防水源性高碘甲肿提供重要的科学依据。紧随其后的是《深部水文地质研究的机遇与挑战》,对深部地下水分布与循环理论研究、深部地下水作用下地热与锂资源成藏、深部地热干热岩与页岩气等清洁能源开发、深部咸水层CO2地质封存、地质储能等方面涉及的深部水文地质研究现状和未来趋势进行了系统总结,提出储层非均质性刻画、热源机制、深部资源能源可持续开发技术、人工干预下深部资源环境演变特征、水力压裂诱发地震以及断层对流体触发的敏感性和触发过程演变等是未来很长一段时间内应给予重点关注的关键性问题。另5篇论文分别从水文地球化学进展、岩溶关键带水文地球化学进展、区域地下水污染调查评价综合研究、地下水典型氧化还原敏感组分的研究热点和趋势、氡在地下水地表水相互作用中的应用5个方面进行了系统总结并分析了未来发展方向。 本专辑的“水岩相互作用研究”专题共8篇论文,该专题除聚焦于沈照理教授关注的天然劣质水成因外,将水岩相互作用的研究思想和研究方法向岩溶碳汇领域扩展。其中《城镇化地区高砷地下水的赋存特征》《塔里木盆地南缘绿洲带地下水砷氟碘分布及共富集成因》《化隆—循化盆地不同类型高氟地下水的分布及形成过程》《华北平原高氟地下水中稀土元素分布和分异特征》《黄河三角洲浅层地下水盐分来源及咸化过程》5篇论文阐述了孔隙地下水中地质背景天然劣质水的成因以及人类活动驱动的影响;《普定岩溶水碳循环模拟试验场水体双碳同位素特征与碳足迹》《天津平原区浅层地下水水化学特征及碳酸盐风化碳汇研究》《湿润亚热带典型白云岩流域的岩溶无机碳汇强度》3篇文章从水岩相互作用的机理分析了岩溶区碳汇的形成过程。 本专辑的“地下水环境保护”专题共有8篇论文,该专题延续了沈照理教授将水文地球化学和水岩相互作用的原理应用到含污染物地下水系统研究的思想,并通过微生物技术的融入丰富和发展了该研究思想。这部分论文中提到的主要污染物涉及了有机污染物（《污染场地原位热修复技术与能效分析》《微生物场影响下的场地有机污染物迁移转化初步研究》《天津平原区加油站地下水石油烃污染特征及其生物降解机理研究》）、无机污染物（《高氯酸盐自然衰减的柱实验研究》）和放射性物质（《砂岩含水介质中铀的吸附和迁移行为研究》）等,涵盖了场地调查评估、室内模拟实验、数值模拟（《基于图像法的多孔介质双分子反应溶质运移IM-ADRE模拟》）和场地技术应用的环节,从物理、化学和生物视角（《准饱和地下水中驱替速率圈闭气体饱和度和准饱和渗透系数的关系》《长江经济带某石化场地中污染物分布与微生物特征》）提出了地下水中污染物迁移转化修复机理和技术。 值此专辑出版之际,感谢所有作者（包括论文未在本期刊出的）、审稿专家、廖福博士和编辑部同志所付出的辛勤劳动。我们坚信,沈照理教授开创的科学事业一定能够代代相传,一定会结出累累硕果！     

高碘地下水成因与分布规律研究

我国是世界上已知面积最大的水源性高碘国家,碘的长期过量摄入对居民健康产生极大威胁。在不同的环境水文地质条件下,高碘地下水成因模式可概括为:埋藏-溶解型、压密-释放型和蒸发-浓缩型。基于对高碘地下水成因机理的认识,我们利用大数据模型预测了全国高碘地下水赋存情况,发现其高风险区(p>0.5)约占国土面积的19.8%,且涵盖了全部已知的高碘地下水分布区。开展地下水系统中有机碘形态定量表征、碘的水文地球化学行为微观机理识别和迁移活化过程定量模拟研究,将深化对高碘地下水成因与分布规律的认识,为供水水质安全和预防水源性高碘甲肿提供重要的科学依据。     

山西柳林泉域地下水化学信息的因子—克立格分析

本文尝试将因子分析与克立格法相结合,用以分析柳林泉域地下水化学资料,获取到地下水成因,循环深度等方面的信息。研究表明,因子－克立格法是一种有效,实用的研究区域水文地质问题的分析方法。     

地下水有机污染治理技术现状及发展前景

概述了现有的几种地下水有机污染治理方法：抽出处理、注气－抽取土壤气、内在生物净化、流线控制、多技术结合法、生物治理、吸附、原位反应墙等工作原理和治理效果;简要分析了地下水有机污染治理技术存在的问题和发展前景。     

地震水化前兆的灰色识别

本文研究了水化地震前兆的灰色系统识别方法, 并以北京栏杆市热水井H2浓度动态为例建立了GM(1, 1)滑动识别模型。文中提出了动态前兆识别参数M(t)的概念, 认为动态前兆识别参数M(t)比静态识别指标更有效。用这种识别法进行后验性识别, 提前于内蒙丰镇1981年8月13日5.8级地震前15天识别出发震前兆。以唐山地震前后津2热水井CO2前兆异常识别的失败为反例, 分析了失败的原因, 认为对地震平静期的观测研究是进行水化前兆灰色识别的前提。